K = m n 1 n2 p
6.3.4. Photo transitor.
• Photo transitor là các transitor silic loại npn mà vùng bazơ được chiếu sáng, không có điện áp đặt trên bazơ, chỉ có điện áp trên C, đồng thời chuyền tiếp B-C phân cực ngược như Hình 13 . Điện áp đặt chủ yếu là phần chuyển tiếp B-C ( phân cực ngược) trong khi đó sự chênh lệch điện thế giữa E và B thay đổi không đáng kể
• Khi phần chuyển tiếp B_C được chiếu sáng , sự hoạt động của photo transitor giống như photo diot ở chế độ quang dẫn với dòng điện ngược:
Ir = I0 + Ip
Với : Ir : dòng điện ngược I0 : dòng điện tối Ip : dòng điện sang
6.3.5.Cảm biến phát xạ ( Tế bào quang điện).
• Nguyên lý hoạt động:
− Cảm biến phát xạ là biến hiệu quang thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở điện cực catot khi có thông lượng ánh sáng chiếu vào .
− Số lượng điện tử phát xạ tỷ lệ với số photon chiếu vào cực cactot .
− Cảm biến phát xạ được phân thành: + Tế bào quang điện chân không. + Đèn ion khí.
+ Bộ nhân quang điện.
− Cơ chế hoạt động cùa tế bào quang điện như sau:
− Khi có thông lượng ánh sáng chiếu vào, catot hấp thụ photon và giải phóng điện tử , các điện tử này di chuyển lên bề mặt và thoát ra ngoài.
− Các vật liệu dùng làm photon cactot là: + AgOCs nhạy với vùng hồng ngoại.
+ Cs2Sb, K2CsSb nhạy với vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng tử ngoại. • Tế bào quang điện chân không.
Tế bào quang điện chân không là một ống
hình trụ được hút chân không tới áp suất 10-6 đến
10-8 mmHg. Trong ống đặt một cactot có khả
năng phát xạ khi được chiếu sáng và một anot như
Hình 14. Hình 14 : Tế bào quang điện
• Tế bào quang điện có khí:
Tế bào quang điện có khí cấu tạo tương tự như chân không , bên trong đèn được điền đầy khí trơ (argon), với áp suất cỡ 10-1 đến 10-2 mmHg.
• Bộ nhân quang:
− Khi bề mặt chất rắn bị bắn phá bởi các điện tử có năng lượng đủ lớn, nó có thể phát xạ các điện tử (phát xạ thứ cấp).
Hình 15: Sơ đồ thiết bị nhân quang
− Nếu số điện tử phát xạ thứ cấp lớn hơn số điện tử tới sẽ có khả năng khuếch đại tín hiệu. Sự khuếch đại này ứng dụng làm thiết bị nhân quang.
− Các điện tử tới ( điện tử sơ cấp) được phát xạ từ một photo catot đặt trong chân không bị chiếu sáng. Chúng được tiêu thụ trên điện cực thứ nhất của dãy các điện cực. Bề mặt các điện cực phủ vật liệu có khả năng phát xạ thứ cấp. Các điện cực mắc nối tiếp nhau với điện thế tăng dần thông qua các điện trở sao cho các điện tử bị hút lien tiếp bởi các điện cực tiếp theo làm số điện tử thứ cấp tăng lên.
• Cáp quang:
− Dạng cáp quang đơn giản bao gồm một lõi có chiết suất , bán kính và vỏ. Vật liệu chế tạo cáp quang là:
+ SiO2 tinh thiết hoặc pha tạp.
+ Thủy tinh , thành phần của SiO2 và phụ gia Na2O3 , B2O3.
+ Polime.
Ứng dụng của cảm biến quang:
• Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơle:
− Sơ đồ Hình 16a dùng điều khiển trực tiếp rơle , hình 16b điều khiển thông qua transitor khuếch đại.Nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển là khi chưa có ánh sang chiếu vào tế bào quang dẫn , dòng điện qua quang dẫn và
rơle rất nhỏ chưa đủ để rơle tác động .Khi bị chiếu sáng , điện trờ của quang dẫn giảm đi rất nhanh dòng điện qua quang dẫn tăng lên đủ lớn để rơle tác động .
Hình 16: Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơle
• Ứng dụng photodiot và transitor trong điều khiển:
− Tùy thuộc vào mục đích sử dụng photo diot và photo transitor ta có thể thực hiện các đại lượng khác nhau hoặc điều khiển trong quá trình sản xuất như: quay tốc độ quay cùa động cơ đếm số lượng vật , đo cường độ ánh sáng, điều khiển đóng mở các rơle…..
Hình 17 : Ứng dụng transitor quang đóng mở các rơle
− Hình 17 là sơ đồ ứng dụng photo transitor trong chế độ chuyển mạch để
điều khiển.
− Trong trường hợp này người ta sử dụng thông tin dưới dạng nhị phân : có hay không có ánh sáng hoặc ánh sáng lớn hơn hoặc nhỏ hơn ngưỡng chiếu sáng. Transitor khóa hoặc thông cho phép điều khiển trực tiếp hoặc qua khuếch
đại như một rơle, điều khiển cổng logic hoặc thyristor .Hình 18 ứng dụng cáp quang và càm biến quang đo di chuyển và tốc độ quay.
Hình 18 : Ứng dụng cáp quang và càm biến quang đo di chuyển và tốc độ quay
− Ngoài ra có thề ứng dụng photo transitor đề chế tạo ra dụng cụ đo ánh sáng (luxmet) như Hình 19.
Hình 19: Luxmet
− Các photo transitor làm việc trong chế đô tuyến tính và có thể đo được ánh sáng không đổi hoặc thay đổi.